Introduction à la conception de poutres en bois avec CSA-O86-14

Les poutres en bois sont utilisées pour un grand nombre d'applications, des poutres de toit au-dessus des ouvertures aux poutres structurelles pour soutenir les planchers ou les toits. Ils offrent un bon marché, solution légère et facile à installer pour la charpente au Canada.

Au Canada, le "CSA-O86: Conception technique en bois » la norme décrit les moyens et les méthodes de conception des structures en bois au Canada. La norme couvre tout, de la conception des panneaux CLT à la capacité d'une connexion clouée.. Pour la construction moyenne au Canada, le 6ème chapitre intitulé «Sawn Lumber» est particulièrement intéressant.

Propriétés matérielles du bois scié

Les sections définies dans S3D sont présentes dans ce tableau, comme le nom le suggère, est du bois qui a été scié à partir d'un arbre plus grand. Ces membres se présentent sous de nombreuses dimensions, espèces et qualités. Au Canada, le contrôle qualité, l'identification et le classement du bois d'œuvre sont supervisés par la National Lumber Grades Authority (NGL).

Teneur en humidité

Une propriété importante du bois, par rapport à d'autres matériaux de construction comme l'acier ou le béton, est la teneur en humidité interne. Les éléments en bois se dilatent et se contractent en fonction des changements de leur teneur en humidité., dans des processus appelés gonflement hygroscopique et retrait hygroscopique. La teneur en humidité du bois dépend de, entre autres, l'humidité relative ambiante. La teneur initiale en humidité d'un arbre fraîchement coupé est en moyenne 75%. Pour stabiliser les variations dimensionnelles et réduire les risques de croissance de moisissures, les fabricants sèchent généralement les éléments en bois à une teneur en humidité de 19% avant de les vendre. Cette condition est connue sous le nom de « S-DRY » et est souvent estampillée sur chaque membre séché..

Catégories

Pour déterminer les propriétés mécaniques des éléments en bois, la norme CSA-O86 divise tous les éléments en bois en catégories, espèces et qualités. Les catégories font référence à la composante dimensionnelle et à l'orientation des éléments en bois.. Les catégories sont listées ci-dessous:

1. Encadrement léger structurel: Éléments structurels de moins de 286 mm de profondeur.
2. Cadrage léger: Petits éléments en bois pour les techniques d'encadrement légères.
3. Poutre et limon: Éléments structurels d'au moins 114 mm de large et d'une hauteur d'au moins 51 mm supérieure à la largeur.
4. Poteau et bois: Éléments structurels d'au moins 114 mm de large et d'une hauteur inférieure à 51 mm de plus que la largeur.

Groupes d'espèces

Bien qu'il existe d'innombrables espèces de bois au Canada, la norme CSA-O86 les regroupe en quatre groupes d'espèces distincts:

1. Mélèze Douglas, qui comprend: Sapin de Douglas et Mélèze occidental
2. Ourlet-Pour, qui comprend: Pruche de la côte du Pacifique et sapin Amabilis
3. Épinette-Pin-Sapin, qui comprend: Épicéa, Pin gris, Pin tordu, Sapin baumier et sapin alpin
4. Espèces du Nord, qui est un groupe fourre-tout pour toute autre espèce canadienne classée par la NLGA

Noter

finalement, chaque membre individuel est soit visuellement noté selon les règles de la NLGA "Règles de classement standard pour le bois d'œuvre canadien» ou classé à la machine selon une agence de classement accréditée pour le classement par moyen mécanique au Canada. Les règles de classement visuel prennent en compte de nombreuses caractéristiques du membre en bois., y compris la taille du nœud, positionnement du noeud, torsion de membre, pitch des membres et coupe des membres. Le classement par contrainte mécanique utilise une machine spécialisée pour déterminer la rigidité à la flexion de l'élément en bois., qui est corrélée à la résistance à la flexion de la barre.

Conception

Avec la catégorie des membres bois, groupe d'espèces et grade, nous pouvons facilement utiliser les tableaux de la norme CSA-O86 pour déterminer les propriétés mécaniques de l’élément de bois. Outre les combinaisons de charges calculées conformément aux Code national du bâtiment du Canada (NBCC), ces propriétés peuvent ensuite être utilisées pour la conception complète de n'importe quel élément de poutre en bois.

Avantages du bois par rapport aux autres matériaux

Au Canada, le bois est bon marché, accessible, alternative écologique et légère aux autres matériaux de construction. Il ne nécessite pas de main d'œuvre spécialisée et est facile à modifier sur place avec des outils simples. C'est pourquoi certaines provinces (Colombie-Britannique et Québec) ont récemment autorisé les constructions en bois jusqu'à 6 histoires (la limite était auparavant 4 histoires).

Bien que la conception technique des éléments en bois ne soit pas toujours aussi simple que celle des éléments en acier ou en béton, disposer d'outils tels que le calculateur de capacité des poutres en bois SkyCiv permet aux ingénieurs de commencer à utiliser le bois dans leurs conceptions plus rapidement et avec plus de confiance.

Utilisation du calculateur de capacité de poutre en bois SkyCiv CSA-O86-14

Pour utiliser le Calculateur de capacité de poutre en bois SkyCiv CSA-O86-14, toutes les caractéristiques du faisceau et les informations de chargement doivent être saisies dans le panneau de saisie sur le côté gauche de l'écran.

Propriétés des sections et des matériaux

Le menu déroulant de sélection permet deux manières de saisir les informations sur la section de poutre.: Chercher et Douane. Dans le Chercher mode de selection, Les sections de bois nominales impériales peuvent être sélectionnées dans le Section menu déroulant. Dans le Douane mode de selection, la largeur du faisceau (b) et la profondeur (d) peut être saisi manuellement. Dans ce mode, la sous-catégorie de poutre est déterminée automatiquement.

Pour déterminer les propriétés des matériaux, la catégorie, l'espèce et le grade doivent ensuite être saisis. Avec ces entrées, SkyCiv peut récupérer toutes les forces de faisceau pertinentes dans les tables de base de données appropriées, comme la résistance à la flexion (Facebook), résistance au cisaillement longitudinal (fv), résistance à la compression parallèle au grain (fc), parallèle à la résistance à la tension du grain (pi) et module d'élasticité (E).

Propriétés des poutres

Prochain, les propriétés de la poutre doivent être renseignées. Les longueurs non supportées de la poutre (Ly et Lz) représentent la distance longitudinale entre les supports dans chaque direction. Les longueurs non supportées sont utilisées pour évaluer la résistance au flambage des poutres sous charges de compression. (dans les deux sens), ainsi que la résistance à la stabilité latérale de la poutre sous axe fort (à propos de l'axe Z) charges de flexion.

Les quatre menus déroulants suivants représentent les facteurs de modification du bois CSA-O86-14.. Le facteur de durée de charge est déterminé automatiquement lorsque des combinaisons de charges sont présentes (c'est à dire., les membres sont importés de S3D).

Charges de conception pondérées

La dernière sous-section d'entrée concerne les charges de conception pondérées.. Les charges saisies ici doivent être les valeurs maximales qui agissent sur la poutre, et doit être pris en compte en fonction des combinaisons de charges du Code national du bâtiment du Canada 2015.

Ceux-ci peuvent être obtenus de plusieurs manières:

1. Ils peuvent être calculés manuellement en utilisant la théorie des poutres standard. (voir les articles suivants pour plus d'informations: calculer la force de cisaillement et calculer les moments de flexion)
2. Ils peuvent être déterminés à l'aide d'un logiciel de calcul de poutre, comme celui de SkyCiv calculateur de faisceau gratuit
3. Ils peuvent être automatiquement calculés dans SkyCiv Analyse par éléments finis S3D logiciel et importé.

Rapport de conception et sortie

Une fois les entrées saisies, lancez l’analyse en appuyant sur le bouton vert RUN dans le coin supérieur droit de la page (voir l'encadré rouge ci-dessous). Une fois l'analyse terminée, SkyCiv renverra les informations de conception dans les deux colonnes typiques: l' Rapport de conception et la Extrants colonne (voir les cases orange ci-dessous).

le Rapport de conception est un rapport détaillé avec des calculs étape par étape. Il peut être téléchargé à l'aide du Rapport PDF bouton dans le coin supérieur droit du rapport. le Extrants La colonne est un résumé des calculs de résistance des poutres, ainsi que l'utilité de chaque calcul. Cela permet aux utilisateurs de tout vérifier en un coup d'œil.

Résumé

SkyCiv Calculateur de poutres en bois rend la validation des poutres en bois rapide et simple. Essayez-le gratuitement maintenant et dites-nous ce que vous en pensez!

Références

1. Les codes du bâtiment du Québec ont récemment été modifiés pour permettre le bois dans les structures de 6 étages, Weyerhaeuser, 25 juillet 2013, https://www.weyerhaeuser.com/blog/quebec-building-codes-recently-amended-to-allow-wood-in-6-storey-structures/.
2. CSA-O86-14: Conception technique en bois. Association canadienne de normalisation, 2014.
3. Code national du bâtiment du Canada. Ottawa, Conseil national de recherches du Canada, 2015.
4. Règles de classement standard pour le bois d'œuvre canadien. Autorité nationale de classement du bois d'œuvre, 2022.
5. Manuel de conception en bois, 2017. Conseil canadien du bois, 2017.

Alexandre D'Amours
Développeur de produit
B.Sc. (Civil), MEng (De construction)
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